第1节 光学材料.ppt

第一篇 光学材料 第一节　概 述 第二节 光学玻璃 第三节 光学晶体 第四节 光学塑料 第一节　概 述 材料：可以直接制造成成品的东西。 一、材料的分类： 1.按化学组成：金属材料、无机非金属材料、有机聚合物及复合材料 ; 2.按用途：建筑材料、耐火材料、光学材料、电工材料、纺织材料等等。 二、光学材料 在工农业生产、国防建设、科技现代化及人们生活中不可缺少的重要材料。 是光学零件加工的对象，因此了解光学材料的种类、性质及其与加工工艺的关系，对从事光学生产是十分必要的。 光学材料的分类 根据材料同光的相互作用时产生的不同的物理效应可分为光介质材料和光功能材料。 光介质材料：传输光线的材料。使光产生折射、反射或透射，以改变光线的方向、强度和位相，使光线按预定要求在材料中传播;或利用材料对某一特定波长范围的光线的吸收或透过来改变光线的光谱成分。如普通光学玻璃和光学晶体等。 光功能材料：实现能量的探测和转换。指在外场（电、声、磁、热、压力等）或者在光的作用下其结构和光学性质发生变化的材料。如激光材料等。 根据材料结构和聚集状态可分为单晶体、多晶体(陶瓷)、玻璃(非晶态)、塑料和薄膜等。 一、光学玻璃 与普通玻璃的主要区别： 一、原料纯度要求高，吸收损耗极小 ; 二、物理与化学性质上的高度均匀性 ; 发展史： 1768年瑞士人纪南德(P.L.Guinand)：几种冕牌及火石玻璃;1809～1814年和德国人夫琅和费(J.V.Fraunhofer)合作熔制坩埚容量为150～200吨的火石玻璃，只有几种氧化物; 1886年德国人阿贝(E.Abbe)及肖特(O.Schott)合作研究试制，扩大了光学玻璃光性范围，建立了闻名世界的德国耶那-肖特玻璃厂; 20世纪40年代美国摩莱（G.M.Morey）：高n低v的镧系玻璃; 二战后德、日、美等：低n低v的氟磷酸盐玻璃（FK,PK），低n高v的钛火石玻璃（TiF）和色散玻璃（KzF,KzFS）; 60年代：红外玻璃和激光玻璃 近代：光学功能材料，如电光材料、磁光材料、声光材料。 二、光学晶体 内部结构上的各向异性： 特殊光性：双折射、旋光现象。 在外场作用下：具有很强的电光、声光和非线性光学效应。 发展史：也是较早被人类利用的光学材料 19世纪中叶：冰洲石、水晶等材料已被制成光学元件; 20世纪50年代 ：紫外和红外光学仪器元件以及可见光的复消色差镜头 ; 60年代初 ：激光晶体，目前已超过200个品种。 三、光学纤维 是指直径5～100μm的玻璃(或晶体)细丝。 导光纤维：被利用的是它的能量功能 。 发展比较早 ，1951年就出现了医用玻纤(胃镜等），后又出现了多根导光纤维捆在一起用来传输光能(传光束)和传送图像(传像束)，在医学、照明、计量、加工等获得实际应用。 导光纤维内部光耗损较大,较短距离(几米至几十米)内以光能量传输. 光导纤维：光通信纤维，被利用的是它的信息功能; 20世纪70年代发展起来的低损耗光纤（20dB/km），在远距离 (几公里、几十甚至几百公里) 传输光信息，要求光纤中的光传输损耗极小。 现在光导纤维的光损耗已经降低到0.2dB/km 。 四、光学薄膜 薄膜在光学上的最早应用：光学零件表面的保护膜 光学介质薄膜： 高反射膜 ：金属(Au、Ag、Al)的反射率为90～97%，全电介质的反射率可达99.5%以上。 增透膜 ：单层表面反射率降低至1%;双层表面反射率可进一步降至0.05%。 干涉滤光片：干涉效应只允许某一波长的光透过，获得“纯”单色光。 偏振膜：获得偏振度达98%以上的偏振光。 光学功能薄膜： 能量转换：光电转换材料。 信息技术：光存储介质。 集成光学：光电器件集成化，光通信和光计算机 。 光学薄膜的淀积方法：热蒸发和溅射两种。 五、光学塑料 有机高分子聚合物。 优点：制造成本低;色散比同折射率的玻璃高;紫外与红外的透过性能也相当好。 缺点：热膨胀系数高;光学常数选择范围较窄;硬度低，易划痕或磨毛，因此应用范围受到了限制 应用历史较早： 第二次世界大战：制成的光学零件已应用望远镜、照相机和放大镜 。 近几年来：塑料眼镜片、棱镜、电视机前的菲涅耳透镜 普通光学材料与新型光学材料 普通光学材料： 是指常用的光学介质材料。如在可见光范围里用作透镜、棱镜、窗口等的光学玻璃和光学晶体 。 新型光学材料： 是指为适应红外、激光、信息、空间等新兴技术的需要而发展起来的各种光学功能材料和具有特殊光学性能的光介质材料。如激光材料、电光材料、声光材料、非线性光学材料、光信息存储材料、光导纤维以及高功率红外与紫外窗口材料。 第二节 光学玻璃 2.1 光学玻璃概况